Этот беглый взгляд на земной шар со стороны показывает, что Земля - живая планета и что самая активная и наиболее разнообразная зона приурочена к поверхности литосферы, где происходит сложное взаимодействие и столкновение различных сил. В этой поверхностной зоне протекает также жизнь человека и развертывается его история, ход которой определяется условиями жизни, существующими на поверхности Земли. И так как мы живем среди всех этих многообразных процессов, мы не можем не интересоваться тем, что происходит вокруг нас. В следующей главе этой книги рассматривается поверхность Земли. В ней показан9, что основные процессы, постоянно перемещающие и преобразующие материал горных пород, проявляются не случайно, но образуют последовательную и вполне понятную систему, действующую в соответствии с законами природы.
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ:
Воtt M. Н. Р., 1971, The interior of the Earth: St. Martin's Press, New York.
ОКЕАНЫ:
Hill M. N., ed., 1962-1963: The sea: Interscience Publishers, New York, 3 vols.
БИОСФЕРА:
HutchinsonG. E. and others, 1970. [A group of articles related to the biosphere] "Scientific American", v. 223, p. 45-208.
Глава вторая. Горные породы и геологические циклы
Теперь, когда мы дошли до этой темы в наших рассуждениях, было бы хорошо в течение нескольких минут посмотреть на обломок горной породы. Во многих больших и малых городах мы иногда можем увидеть горные породы - они используются как камень для облицовки зданий. Коллекции различных горных пород находятся во многих музеях.
Если поблизости от вас есть горные породы в том или ином виде, посмотрите на них внимательно. Каково ваше впечатление? Не представляется ли вам горная порода стойкой, твердой, неподвижной, неизменной, безжизненной? Все эти эпитеты обычно употребляются при описании горной породы. И все они будут правильными, если ограничиться теми несколькими минутами, которые требуются для рассматривания образца горной породы. Но предположим, что вместо простого разглядывания этого образца мы внимательно изучим его, "расчленим", чтобы узнать, из каких частей он состоит, как они соединены. Кроме того, подумаем, что могло бы случиться с ним и какие изменения могли бы в нем произойти с течением времени - не за пять минут, а за годы, века и даже миллионы лет. И если мы посмотрим на горные породы с этой точки зрения, то увидим, что ни один из эпитетов, перечисленных выше, к ним неприменим, потому что ни одна порода, какой бы твердой и прочной она ни была, не существует вечно. Она разрушается. Ее составные части уносятся, иногда на очень далекое расстояние, перемешиваются и образуют новые, совершенно другие горные породы.
Поэтому каждая горная порода, к какому бы типу она ни относилась, имеет долгую историю разрушения, переноса и воссоздания. История горных пород полна движения. Это не только история образования, разрушения и повторного образования горных пород в различных природных условиях, но также история происхождения и развития биосферы, живых организмов, населявших и населяющих Землю. Если бы не горные породы, история Земли осталась бы неизвестной нам. Горные породы заслуживают не только внимательного взгляда, но и настоящего исследования, потому что в них заключена история наших предков- и человека, и существ, живших на Земле до появления человека.
В этой главе и в нескольких следующих объясняется, как создаются и разрушаются породы и как в них запечатлевается летопись жизни прошлого. Если их изучать внимательно и пристально, не опуская никаких деталей, по ним можно проследить и понять полную драматизма историю, которая изложена во второй половине этой книги.
Конечно, порода - это вещество, которое, пока оно не подвергается перемещению, остается инертным. Что же его перемещает? Процессы, внутренние и внешние, рассмотренные нами в главе первой. Они-то и есть движущие силы. Несмотря на все различие между ними, движущие силы (процессы) и вещество (горные породы) тесно связаны между собой. Мелкие частицы пород, образующие желтый, бурый или красноватый речной ил, - это не просто груз, отложения, переносимые рекой; они составляют существенную часть самого речного потока. Количество и степень измельчения взвешенного ила, а также количество и размеры более крупных обломков, которые перемещаются по дну реки и обычно незаметны, в сильной степени влияют на характеристики реки и тех наносов, которые отлагаются в ее русле.
Так как процессы и вещество связаны между собой, нам придется отойти от строго логичного порядка изложения, когда мы их будем рассматривать. Начнем с круговорота воды, включающего целую систему процессов и только одно вещество - воду. Затем рассмотрим природу и размерность вещества, образующего горные породы. Вслед за этим мы сможем показать, как совокупность вещества и процессов образует круговорот пород - цикл, включающий большую группу процессов.
Схема круговорота воды показана на рисунке 4. Благодаря солнечной энергии огромные массы воды постоянно испаряются с поверхности океана, поднимаются в атмосферу и переносятся из одного района в другой. Рано или поздно влага конденсируется и выпадает на поверхность суши или моря в виде дождя или снега. Та часть ее, которая выпадает на поверхность суши, различными путями возвращается в море - выносится реками или, просачиваясь в почву, медленно двигается в сторону моря в земной толще. Некоторая часть влаги испаряется с поверхности озер и рек или испаряется в воздух растениями и таким образом возвращается в атмосферу. Более короткий путь проходит вода, которая из атмосферы выпадает в виде осадков непосредственно на поверхность океана. Круговорот воды - это огромная цепь процессов. Осадков, выпадающих за год на территории США, достаточно, чтобы покрыть всю страну слоем воды толщиной в среднем 75 сантиметров. Около одной трети этой влаги возвращается в океан в виде воды рек. Остальные две трети попадают непосредственно в атмосферу в результате испарения, а также транспирации растениями. Важную роль в круговороте воды играет биосфера (Р. Флинт в отличие от В. И. Вернадского называет биосферой не пространства, населенные организмами, но совокупность самих организмов. - Прим. ред). Можно полагать, что на любом континенте количество воды, испаряемой зеленым растительным покровом, выдыхаемой и испаряемой животными, значительно больше количества, выносимого за то же время реками в море. Конечно, биосфера существует благодаря присутствию воды, но и сама она играет существенную роль в круговороте воды, подобно тому, как частицы горной породы образуют часть потока, переносящего их. В этой главе мы рассматриваем ту роль, которую играет круговорот воды в разрушении суши путем эрозии - разрушении и сносе вещества горных пород.
Рис. 4. Круговорот воды
Едва ли можно продолжать рассуждать о породах, не объяснив, что же они собой представляют.
В состав вещества земной коры входит более 100 химических элементов в различных количествах. Восемьдесят семь процентов (по весу) составляют кислород, кремний, алюминий и железо. Эти и другие менее распространенные элементы соединяются в различных соотношениях и образуют минералы, в большинстве своем представляющие твердые кристаллические тела, обладающие жесткой трехмерной кристаллической решеткой, подобной стальному каркасу здания.
Отчасти благодаря геометрической правильности их решетки минералы обладают определенными физическими свойствами, по которым их можно определять. Существует более 2000 минералов, но только небольшое число их является важными составными частями обычных на земной поверхности горных пород.
Породы представляют собой сочетание двух или нескольких (иногда многих) минералов, но некоторые породы состоят всего из одного минерала. Известны сотни пород, однако лишь немногие из них широко распространены. Кусок обычного гранита такого размера, что его легко можно держать в руке, может состоять из сотен кристаллических зерен пяти или шести обычных минералов и небольшого количества редких минералов, которые не имеют значения для целей нашего весьма общего обзора.
Изучив десяток-другой образцов, можно видеть, что породы делятся на три большие группы. Первая включает магматические породы, образованные при затвердевании жидкой горячей магмы. Другая - метаморфические ("измененные") породы, возникшие в результате преобразования в твердом состоянии существовавших ранее пород под действием давления или тепла, или того и другого вместе. Наконец, существуют осадочные породы, созданные осаждением обломков и других продуктов разрушения существовавших ранее пород.
Эти три группы пород образуются в различных частях земной коры: осадочные породы - на поверхности, а два других вида большей частью на значительных глубинах. Но каждый вид пород может подвергнуться, конечно, медленному перемещению из зоны, где он был образован, в другие зоны. В результате этих медленных перемещений горные породы оказались перемешанными, так что сейчас мы видим на поверхности Земли все три группы. Чтобы проследить хотя бы в общих чертах историю развития земной коры, мы должны внимательно изучить горные породы.
